第一章　精神影像检查技术

第一节　计算机体层成像

一、CT概述

计算机体层成像（computer tomography，CT）的发展经历了传统CT、单层螺旋CT和多层螺旋CT三个主要阶段。1969年戈弗雷·纽博尔德·豪恩斯弗尔德（Godfrey N.Hounsfield）成功设计出CT机，1972年头部CT正式用于临床；1976年，出现了体部CT；1979年，阿伦·马克利奥德·柯麦科（Allan M.Cormack）和戈弗雷·纽博尔德·豪恩斯弗尔德（Godfrey N.Hounsfield）因发明了计算机X线断层摄影术，共同分享诺贝尔生理学或医学奖。1989年，螺旋CT问世；20世纪90年代后，发展为多层螺旋CT（图1-1-1）。

（一）CT成像的基本原理

CT不同于普通X线成像，它是用X线束对人体层面进行扫描，取得信息，经计算机处理而获得重建图像，是数字成像而不是模拟成像，它开创了数字成像的先河。CT所显示的断层解剖成像，其密度分辨率（density resolution）明显优于X线图像，使X线成像不能显示的解剖结构及其病变得以显影，从而显著扩大了人体的检查范围，提高了病变检出率和诊断的准确率。

CT的工作原理是由高电压作用于X线管，发出的X线束从多个方向对人体选定的层面进行扫描，由探测器接收穿透该层面后的残余X线，将其收集并通过光电转换器转变为电信号，再经模拟／数字转换器（analog／digital converter）转为数字，输入计算机处理，得到该层面各单位容积的X线吸收值即CT值，排列成数字矩阵，经过数字／模拟转换器（digital／analog converter）后再形成模拟信号，输至显示器得到该层的横断图像（图1-1-2）。CT系统主要由扫描部分（探测器、X线球管及机架）、计算机及图像显示部分组成。

（二）CT的相关概念

1.像素和体素

图像处理时，数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素（pixel），它是构成一幅图像的基本单元。同样大的图像，像素越高，图像空间分辨率越好。扫描选定的层面分成若干个体积相同的立方体，称之为体素（voxel），它是在像素的基础上包含了层面的厚度。像素是二维的单位，而体素是三维的单位（图1-1-3）。

2.CT值

CT图像的CT值反映组织对X射线的吸收值（衰减系数：u）。CT值计算公式为：

CT值=常数×（u水-u被检物质）／u水

式1-1

常数值为1000，单位为Hounsfield unit（Hu）。组织密度高，对X线的吸收值大，CT值大；组织密度低，对X线的吸收值小，CT值小。一般来说，水的CT值为0，空气最低：-1000Hu，骨皮质最高：+1000Hu。

3.矩阵

按照横行纵列排成的栅格状矩形阵列叫矩阵（matrix）。将人体断面各点CT值的像素以矩阵排列，构成图像，一般以256×256或512×512大小的矩阵显示。矩阵大，像素数量多，图像分辨率高；反之，矩阵小，像素数量少，图像分辨率低。

4.密度分辨率、空间分辨率和时间分辨率

密度分辨率（density resolution）是指在低对比度情况下，区分最小密度差的能力。空间分辨率（spatial resolution）是指高对比度情况下，图像可鉴别物体大小、微细结构的能力。时间分辨率（time resolution）是指影像设备在单位时间内采集图像的帧数。在多层螺旋CT心脏成像时，时间分辨率的高低决定了CT机在临床应用的适应性和范围。

5.窗口技术

为了提高组织结构细节的显示水平，使CT值差别小的组织能被分辨出来，引入了窗口技术，即窗宽（window width）与窗位（window level）。窗宽是指图像上16个灰阶所包括的CT值范围。窗宽越大，图像越光滑、图像灰度层次多，组织对比度减少，细节显示差，适用于分辨率差别较大的组织，如肺。相反，则适用于分辨率差别较小的组织。窗位是指窗宽上下限的平均数。要观察某一组织的细微结构，最好以该组织的CT值为窗位。

二、CT的检查方法

CT的检查方法一般包括平扫（plain scan）及增强扫描（contrast enhanced scan）。

（一）CT平扫

CT平扫是不注入对比剂的常规检查，CT检查一般均先作平扫，它能提供病变的初步定位，适用于各部位疾病的检查。

（二）增强扫描

CT增强扫描是指在血管内注射对比剂后再行扫描的检查方法，目的是提高病变组织同正常组织的密度差，显示病灶内血供状况，通过病变的不同强化方式，确定病变的性质。根据注射对比剂后扫描方法的不同，可分为常规增强扫描、动态增强扫描、延迟增强扫描、双期或多期增强扫描等方式。

1.常规增强扫描

注射对比剂后60～70秒，对比剂充分进入组织及病灶中后，进行扫描。

2.动态增强扫描

对于某一层面或病灶的感兴趣区（region of interest，ROI），在注射对比剂后进行连续不间断的重复扫描，以观察ROI注射对比剂密度随时间改变的动态情况。

3.延迟增强扫描

一次大剂量注射对比剂后5分钟或更长时间重复扫描，以期提高脏器小病灶的检出率和定性准确率。

4.多期增强扫描

静脉注射对比剂后，对不同的脏器进行动脉、静脉期扫描，必要时进行延迟期多时段扫描。肝动脉期扫描启动的时间一般为开始注射对比剂后20～30秒，静脉期为60～70秒，延迟期一般在开始注射对比剂后5分钟。

（三）其他CT扫描

1.薄层扫描

薄层扫描（thin slice scan）是指扫描层厚小于或等于5mm的扫描。其优点是减少了部分容积效应，能更好地显示病变的细节，一般用于检查较小的病灶或组织器官，需要进行三维重组等后处理，扫描层厚越薄，重建图像的质量越高。

2.高分辨CT扫描

高分辨CT扫描（high resolution CT，HRCT）是采用薄层扫描、高空间分辨率的算法重建及特殊的过滤处理，取得有良好空间分辨率的CT图像。它对显示小病灶及细微结构优于常规CT扫描。常用于肺部弥漫性间质性或结节性病变，垂体、内耳和肾上腺等检查。

3.灌注成像

经静脉团注对比剂后，在对比剂首次通过受检组织的过程中对选定层面进行快速扫描，而后利用软件测定组织密度的变化，从而获得血流动力学的变化图像。

三、CT检查在精神影像学中的价值与局限性

（一）精神分裂症

精神分裂症的发病原因和发病机制至今未明，它不是单纯的功能性疾病，精神分裂症病人多有脑结构的异常，已被越来越多的研究所证实［1］。CT检查可以直接观察到生理或者病理状态下的颅内情况，提供定位与定性诊断，比以往采用气脑和脑血管造影诊断技术有了质的飞跃，为探查疾病的器质性基础提供了精确的手段，是深入研究精神分裂症患者脑内结构变化的较好手段。

本病最显著、始终如一的大脑形态异常就是脑室系统扩大，脑沟增宽，并且这些异常表现在疾病的首发或初发阶段就已经存在。麦克唐纳（Macdonald）和贝斯特（Best）对精神分裂症病人组和健康人组的室脑比（ventricle-brain rate，VBR）、脑沟、脑体积比、第三脑室、外侧裂、大脑纵裂宽度等指标进行测量，结果显示精神分裂症患者的脑沟明显扩大，脑室却没有明显异常。亚科诺（Iacono）等人通过研究发现精神分裂症患者第三脑室扩大明显，侧脑室或皮层脑沟扩大不显著［2］。而普费弗鲍曼（Pfefferbaum）等人发现精神分裂症患者具有微小的脑室扩大和相当大的脑沟增宽，同时指出大脑结构异常是广泛的［3］。国内学者该项研究结果与前述相比存在些许变化，认为本病脑形态异常主要表现为第三脑室、侧脑室扩大，脑沟、脑裂增宽等［4，5］。众所周知侧脑室和第三脑室周围是视丘和边缘系统，且邻近生物胺或富于肽类的传导束，而胼胝体具有联系传递大脑两半球信息的功能。脑室扩大多表现为认知能力的损害，脑白质和皮层萎缩，与精神分裂症病人感情淡漠、思维贫乏、自我封闭、对外界漠不关心等表现有关。因此脑室扩大可能就是精神分裂症的一个器质性易感因素。

脑萎缩也是精神分裂症的一个重要表现。不同CT扫描方法对脑萎缩的诊断并没有明显差别。精神分裂症患者的脑萎缩，既有皮层的萎缩，又有髓质的萎缩，或者二者兼而有之。马拉（Malla）等发现早期发病的精神分裂症患者比晚期发病的显示出更明显的脑萎缩［6］。马德森（Madsen）等人发现，精神分裂症患者的大脑皮层均有着不同程度的萎缩［7］。有学者研究发现，病程长短对脑萎缩有一定影响，认为病程越长，脑萎缩发生率越高［8］。此外，有关研究显示，分裂症发病的病理生理机制与神经发育障碍有关，分裂症患者在大脑完成发育之前的新皮质形成期就在神经细胞从大脑深部向皮层迁移过程中出现了紊乱，导致心理整合功能异常［9］。

除了脑室扩大（主要是侧脑室、第三脑室），脑沟、脑裂增宽，脑叶萎缩外，精神分裂症患者还有灰白质体积减小、额颞叶CT值改变等表现。目前，对精神分裂症患者脑形态的CT研究方兴未艾，这将有利于对本病的早期诊断、治疗，甚至对本病的早期干预均有重要的临床意义。同时，精神分裂症患者脑部CT形态研究，可为今后该病的病因学研究提供重要影像学依据。

（二）情感障碍

有关情感障碍CT改变的研究不多。研究发现抑郁症病人CT改变主要为侧脑室扩大、第三脑室扩大、脑皮层萎缩和小脑萎缩等，未发现与家族史、临床类型和治疗时间等相关。CT值作为较好反映选定区域的一个量化指标，可以降低形态学研究中可能存在的主观判断的误差。近年来国内孙士友等［4］应用脑CT定量分析精神分裂症和双相情感性障碍病人的脑室和脑沟改变。结果显示，双相情感性精神疾病和精神分裂症病人前角指数、第三脑室最大宽度、乳突间比值和脑萎缩均无显著性差异（P＞0.05），认为精神分裂症和双相情感性精神疾病这些所谓的功能性疾病可能和非特异性脑室、脑沟结构异常相关。还有学者研究发现焦虑症、抑郁症患者额叶CT值比正常人显著降低，增强扫描后强化程度低，说明焦虑与抑郁患者可能存在额叶器质性或功能性改变，提示大脑额叶病变在焦虑症、抑郁症的发生、发展过程中不可忽略［10］。这种现象可能和该脑区的神经细胞数量减少、体积减小、血流灌注及代谢降低等因素有关。此外，近年来对情感性精神疾病患者脑结构异常的报道普遍认为此类患者脑结构异常与病程无关，而与住院次数有一定关系［11，12］。田树时等发现情感障碍患者脑CT异常与病程、病前性格、家族史、治疗过程等关系不大，而与住院次数明显相关，住院5次以上的患者脑CT异常率明显高于住院5次以下者［13］。

运用颅脑CT检查来帮助诊断初发患者，还可以与抑郁症的器质性疾病相鉴别，并能对抑郁症患者治疗前后颅脑CT值改变进行对比分析，从而判断疗效，作为有效的预后指标，可为精神疾病治疗提供重要的价值。

（三）痴呆

对于脑的高级认知功能来说，认知障碍很大程度上取决于病变部位［14］。痴呆临床上常见类型为阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）和血管性痴呆（vascular dementia，VD）。一般认为VD可以通过早期积极有效的治疗达到缓解病情的目的，而AD迄今为止尚无有效的治疗方法。多篇文献证实AD病人存在明显的大脑萎缩、脑室系统扩大、颞叶萎缩、VBR增大等改变，与其认知功能损害相关［15，16］。CT检查对脑积水所致的痴呆和血管性痴呆意义较大，其中血管性痴呆包括大面积梗死所致痴呆以及皮层下血管硬化所致痴呆，均可以通过CT检查其颅内改变获得满意结果。脑积水所致痴呆临床表现为颅内压增高或正常颅压性脑积水征：进行性痴呆、起步困难和小便失禁。有关学者研究发现VD患者CT多表现为半卵圆中心、基底核区、小脑、脑干多发性低密度灶和脑萎缩，患者有多发性区域性脑功能能量代谢改变和血流灌注不足，影响了皮层中枢之间、皮层与皮层下白质传导纤维，引起认知功能障碍［17］。许多研究认为病灶容积与痴呆的严重程度密切相关［18，19］。有学者通过对185例痴呆病人进行CT测量，结果显示和智能障碍发生率有关的指标只有梗死灶容积，梗死灶容积在30ml者84.62%有智能障碍，即使是20ml以下的小病灶智能障碍发生率也达42%。此外，许多学者研究证实主要决定认知障碍的因素不单是脑梗死灶，在病人已有明确的脑萎缩，并且存在脑室周围白质稀疏的基础上，发生脑梗死时较容易导致智能下降［20］。勒布（Loeb）等指出，导致痴呆发生的脑梗死容积不得少于50ml，甚至超过100ml才会发生痴呆。当脑梗死容积在50ml以下时，脑萎缩的存在及其严重程度对痴呆的发生发展有重要影响［18］。

随着多排容积CT的不断发展，CT血流灌注成像（CT perfusion imaging，CTPI）能在三维空间中有效反映目标区域内血流灌注量的改变，获得生理功能信息，为痴呆症的功能诊断提供依据。作为一种能反映脑微循环信息的功能成像，头颅CTPI能显示常规CT、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）所不能显示的微循环及生理代谢改变。利用团注对比剂和连续快速同层扫描技术，CTPI能较准确地反映组织血管变化程度和血流灌注的情况，可在形态学发生改变之前探测到生理功能的异常［21］，且一次CTPI检查可同时观察脑血流量（cerebral blood flow，CBF）、脑血容量（cerebral blood volume，CBV）、对比剂平均通过时间（mean transit time，MTT）和对比剂最大峰值时间（time to peak，TTP）等多个灌注参数的变化。CBF指单位时间内流经一定体积脑组织血管结构内的血流量，受血管大小和毛细血管开放数量的影响；CBV指ROI内包括毛细血管、动静脉及大血管在内的全部血管床的容积；MTT是血流从脑组织动脉流入到从静脉流出所经历的平均时间；TTP是从开始注射对比剂到浓度达到最高值的时间，反映血流到达ROI的快慢程度，而不是组织本身的灌注特点。CTPI检查速度快，可获得解剖学图像及观察血流动力学状态，随着CT硬件设备及软件的发展，CTPI将得到更为广泛的应用。唐震等人通过低剂量CTPI诊断痴呆的研究发现，痴呆组的双侧额叶、颞叶、基底核及海马的CBV和CBF明显低于正常对照组，且其MTT、TTP值明显大于对照组（P均＜0.05）（图1-1-4）［22］。

CTPI技术在观察脑组织的血流动力学方面有独特优势，可间接反映脑组织的生理代谢状态，并为早期诊断痴呆提供依据，从功能影像学方面进一步表明了痴呆症患者的脑神经元低氧灌注、低代谢状态及血管因素是其重要发病因素。

（四）其他精神疾病

通过CT和脑电图对暴力倾向者研究发现，暴力倾向严重者出现颞叶结构异常（颞叶缩小或颞角扩大）。而酒精依赖病人脑部CT显示，其脑室扩大脑萎缩，尤其皮层和脑干萎缩明显。另外，脑萎缩与酒精摄入量和饮酒时间相关，认知功能损害与丘脑区域CT密度降低和第三脑室／脑比率扩大有关。

四、CT在精神影像学中的应用现状和前景

通常CT与其他功能性影像学检查如单光子发射计算机断层显像（single photon emission computed tomography，SPECT）和正电子发射断层显像（positron computed tomography，PET）联合应用。例如，CT在SPECT／CT和PET／CT中既提供了解剖结构方面的信息，又可以对功能性图像衰减校正。应用SPECT／CT对AD病人作前瞻性研究发现头颅CT显示AD病人脑萎缩、脑室和颞角扩大等征象，同时SPECT结果提示全脑弥散性血流减少，认为两项检查结合使用可以提高AD诊断准确性［23］。近年来随着结构成像效果更好的MRI广泛应用，单独的CT成像在精神领域的应用逐渐减少。此外，CT检查辐射剂量较大也是其制约因素。

（贾志云）

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